Avaliação de métodos para a caracterização de baterias de lítio em segunda vida

Abstract

Com o desenvolvimento do mercado de eletromobilidade, e em contrapartida os elevados investimentos de recursos ambientais e financeiros em baterias de lítio, o termo bateria de segunda vida surgiu como uma opção para dissolver o alto investimento econômico e ambiental realizado. Essas baterias retiradas dos veículos elétricos possuem alta densidade de energia e potência, o que possibilita sua utilização em novas aplicações com menor demanda energética, como atuar junto à geradores solares fotovoltaicos provendo energia elétrica para regiões isoladas da rede básica. Estas novas utilizações trazem a demanda de avaliação das características técnicas destas baterias, para verificar a viabilidade técnica da sua utilização e seus parâmetros elétricos, bem como determinação de sua vida útil. Este trabalho tem como objetivo analisar metodologias disponíveis na literatura a respeito da determinação de parâmetros elétricos das baterias de lítio, escolher um método mais apropriado e utilizá-lo para determinar capacidade e resistência interna em baterias retiradas de veículos Nissan LEAF modelo 2012. Tais carros foram utilizados como táxis das cidades de São Paulo/SP e Rio de Janeiro/RJ durante um período de cinco anos, e por consequência, sofreram um regime de trabalho e demandas bastante heterogêneas. A respeito dos resultados, foram realizados testes de medição de capacidade dos módulos de baterias, o que são considerados testes confiáveis, porém com um tempo elevado para execução. Os testes realizados de resistência interna foram realizados de maneira rápida com diferentes valores de correntes 1/4C, 1/2C e 1C sendo que a utilização da corrente nominal das baterias demonstrou os resultados com menor variabilidade. Foi possível observar uma variância dos parâmetros elétricos dentro de um mesmo carro, possivelmente relacionada a temperatura interna de cada veículo, além das variações encontradas entre os veículos. Também foi possível determinar uma relação matemática entre capacidade e resistência interna baseados nos valores médios encontrados de forma prática. Com isso foi possível concluir que as baterias de segunda vida são uma alternativa para prolongar a vida útil das baterias de lítio e otimizar todo o processo produtivo deste componente, mas ainda encontra dificuldade em realizar este processo de caracterização em larga escala.

With the development of the electromobility market, and on the other hand the high investments of environmental and financial resources in lithium batteries, the term second life battery emerged as an option to dissolve the high economic and environmental investment made. These batteries removed from electric vehicles have high energy and power density, which makes it possible to use them in new applications with lower energy demand, such as performing together with photovoltaic solar generators, providing electricity to isolated regions of the basic grid. These new uses bring the demand for evaluation of the technical characteristics of these batteries, to verify the technical feasibility of their use and their electrical parameters, as well as determination of their useful life. This work aims to analyze methodologies available in the literature regarding the determination of electrical parameters of lithium batteries, choose a more appropriate method and use it to determine capacity and internal resistance in batteries removed from Nissan LEAF model 2012 vehicles. These vehicles were used as taxis in the cities of São Paulo/SP and Rio de Janeiro/RJ for a period of five years, and as a result, they suffered from a very heterogeneous work regime and demand. Regarding the results, tests were carried out to measure the capacity of the battery modules, which are considered reliable tests, but with a long time to perform them. The internal resistance tests were performed quickly with different values of currents 1/4C, 1/2C and 1C and the use of the rated current of the batteries showed the results with less variability. It was possible to observe a variance of electrical parameters within the same car, possibly related to the internal temperature of each vehicle, in addition to the variations found between vehicles. It was also possible to determine a mathematical relationship between capacity and internal resistance based on the average values found in the tests. It was possible to conclude that second life batteries are an alternative to prolong the life of lithium batteries and optimize the entire production process of this component, but it still finds it difficult to carry out this characterization process on a large scale.